ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina

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1 ICTR 2004 CONGRESSO BRASILEIRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA EM RESÍDUOS E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Costão do Santinho Florianópolis Santa Catarina ANÁLISE DE BLENDAS COMPOSTAS POR RESÍDUOS DE POLIPROPILENO (PP) E POLIETILENO (PE) Aline Lawisch Alves Cláudia Mendes Mählmann Adriane de Assis Lawisch Liane Mählmann Kipper Diosnel Antonio Rodríguez López PRÓXIMA Realização: ICTR Instituto de Ciência e Tecnologia em Resíduos e Desenvolvimento Sustentável NISAM - USP Núcleo de Informações em Saúde Ambiental da USP

2 ANÁLISE DE BLENDAS COMPOSTAS POR RESÍDUOS DE POLIPROPILENO (PP) E POLIETILENO (PE) Aline Lawisch Alves 1 Cláudia Mendes Mählmann 2 Adriane de Assis Lawisch 3 Liane Mählmann Kipper 4 Diosnel Antonio Rodríguez López 5 Resumo A crescente utilização de plásticos em diversas aplicações, torna-se preocupante quando realiza-se a previsão da destinação final deste material quando descartado. A reciclagem dos mesmos é evidenciada como forma de desatinação final, sendo que a possibilidade da formação de blendas a partir destes materiais torna-se interessante pelo fato de possibilitar a combinação das propriedades individuais de cada plástico. Quando miscíveis, as propriedades das blendas podem derivar das propriedades dos polímeros individuais. De acordo com a aplicação, podem-se preparar diferentes blendas, de distintas composições, resultando em polímeros com diferentes propriedades. Através de Ensaios Físico-Químicos e Físico-Mecânicos foram verificadas pequenas diferenças entre os resultados obtidos, considerando as diferentes formulações utilizadas. Verificou-se que os dois compatibilizantes utilizados não melhoraram significativamente os resultados dos ensaios (propriedades do material). A utilização de blendas de PP/PE reciclados pode facilitar a realização da reciclagem de plásticos, pois diminui o trabalho necessário para promover a separação destes dois tipos de plásticos, uma vez que juntos eles ocupam grande volume nos aterros sanitários. Palavras-chave: blendas, resíduos, polipropileno, polietileno. 1 Bolsista de Iniciação Científica, Cursos de Química Industrial da Universidade de Santa Cruz do Sul. 2 Mestre em Ciências- Área de Concentração Física. Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul. 3 Doutora em Engenharia. Professora do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul. 4 Mestre em Ciências- Área de Concentração Física. Professora do Departamento de Química e Física da Universidade de Santa Cruz do Sul. 5 Doutor em Engenharia. Professor do Departamento de Engenharia, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul. 3655

3 Introdução Uma parte substancial dos resíduos sólidos urbanos é composta de polímeros misturados de materiais laminados ou em compósitos (combinados). Segundo Remédio et al. (1999) os plásticos em forma de filme apresentam-se em aproximadamente 20% em volume e 8% em massa no lixo urbano. Desse total, menos de 10% é reciclado. A reciclagem e o processamento de misturas de plásticos têm sido realizados com sucesso, mas o comprometimento das propriedades mecânicas e os baixos preços dos produtos obtidos a partir desse são os principais limitadores para esta atividade. Os processos de reciclagem de plásticos podem ser subdivididos em três grandes grupos a partir da natureza da operação e das caraterísticas dos produtos obtidos. Assim sendo as formas de reciclagem estão assim classificadas: reciclagem mecânica, reciclagem química e energética (WOLTERS, 1997; EHRIG, 1992; ACKERMANN, 1996; BRANDRUP,1996). Nesse sentido, o desenvolvimento de novos materiais poliméricos com propriedades adequadas vem sendo intensificado nos últimos tempos. Uma das principais tendências no desenvolvimento de materiais poliméricos, com o intuito de proporcionar a estes boas propriedades mecânicas, é através da blendagem de misturas de polímeros. Esta forma de reutilização das misturas de polímeros é bastante atrativa, pois evita a dificuldade encontrada na separação dos polímeros nos processos convencionais. A blendagem de polímeros pode gerar novos materiais com propriedades únicas.(mustafa, 2000) As propriedades dos materiais plásticos se modificam no decorrer do tempo como resultado de algumas modificações estruturais, tais como: cisão da cadeia principal, reações de reticulação, alterações na estrutura química e degradação ou eliminação dos aditivos presentes. Estas mudanças são consequência dos vários tipos de ataques físicos e/ou químicos a que o material está sujeito durante o processamento ou uso final dos artigos. (RABELLO, 2000) Segundo Remédio (1999): a variação do índice de fluidez de um material polimérico sugere a ocorrência de degradação, onde a diminuição deste índice indica uma forma de degradação por reticulação predominante em relação à cisão da cadeia molecular do polímero. Segundo Mustafa (2000): a maioria dos polímeros são termodinamicamente imiscíveis. A blendagem destes componentes leva à formação de compostos bifásicos ou a morfologias multifásicas. As propriedades das blendas são geralmente inferiores devido à pouca compatibilidade entre os diferentes polímeros, quando não é feita nenhuma adição de agente compatibilizante. Alguns dos compatibilizantes mais utilizados são: monômero de etilenopropileno-dieno, monômero de etileno-propileno e os copolímeros PE-g-(2-methyl-1, 3-butadieno), etileno-butileno-poliestireno (BERTIN, 2002; HALIMATUDAHLIANA, 3656

4 2002; FEARON,2002). As carências de propriedades mecânicas das blendas decorrem muitas vezes devido a separação das fases onde as interações na interface dos polímeros é muito fraca. Os compatibilizantes foram desenvolvidos para uso com blendas binárias de polímeros e o principal efeito desses materiais é aumentar a adesão interfacial entre os dois componentes poliméricos das blendas (WANG, 2003). A elaboração de blendas compostas de PE/PP deve levar em consideração vários fatores para a perfeita compatibilização entre os dois tipos de polímeros. Entre estes encontram-se a temperatura e a composição que afetam em grande escala as qualidades morfológicas da blenda resultante (LI, 2001; SOUZA, 2002). Neste trabalho são apresentados o desenvolvimento e a caracterização das propriedades de blendas poliméricas elaboradas a partir de resíduos de Polietileno e Polipropileno, com a utilização de dois compatibilizantes. Para isto, foram produzidas blendas com diferentes composições percentuais das duas resinas citadas, tendo sido utilizados os processos de injeção e termo-prensagem para a obtenção das amostras. As propriedades avaliadas foram: resistência à tração, flexão, índice de fluidez, dureza, densidade, espectrofotometria na região do infravermelho. Materiais e Métodos Como matéria prima foram utilizadas as resinas virgens: polietileno de baixa densidade da OPP Química e o polipropileno H503 da OPP Química, os plásticos pós-uso: polietileno filme (embalagem indústria fumageira) e polipropileno (garrafas sopradas), e os dois compatibilizantes da Bayer, quais sejam, BUNA EP G 6850 (compatibilizante A) e EPDM BUNA AP 451 (compatibilizante B). Os resíduos plásticos foram picotados (moinho de facas modelo MF300 MECANOFAR), lavados, secos separadamente, sendo que o resíduo de polietileno foi aglutinado. Foram realizadas as misturas especificadas e codificadas conforme exposto na tabela 01. Foram produzidas amostras com e sem compatibilizantes, sendo que para aquelas com compatibilizantes foi adicionado 5% do peso total obtido desse material. A homogeinização das misturas foi realizada durante a extrusão do material (Extruxora SEIBT, modelo ES-25), sendo que as amostras (corpos-de-prova) foram obtidas por injeção (Injetora HIMACO, modelo LHS-130/400). 3657

5 TABELA 01 - Códigos e percentuais de composição das amostras. Amostra (código) % PE % PE %PP % PP Compatibilizante virgem pós-uso virgem pós-uso PEvir PPvir PErec PPrec PE10PPvir PE10PPvirA A 90PE10PPrec PE10PPrecA A 50PE50PPvir PE50PPrec PE50PPvirA A 50PE50PPrecA A 50PE50PPvirB B 50PE50PPrecB B Para a realização da caracterização das propriedades das amostras, foram realizados os ensaios, conforme procedimentos descritos em norma específica, com a utilização dos equipamentos como segue: Ensaio de tração: Consiste na deformação axial de um determinado corpo de prova com dimensões preestabelecidas, utilizou-se a norma ASTM D 638 e a Máquina universal de ensaios mecânicos EMIC DL Ensaio de Flexão: Para os ensaios de flexão utilizou-se a norma DIN e a Máquina universal de ensaios mecânicos EMIC DL Através deste ensaio, obtém-se informações sobre a deformação do material, além da tensão na força máxima e força na força máxima, na ruptura da amostra. Índice de Fluidez: Para a determinação do índice de fluidez utilizou-se o método ASTM Para o PP utilizou-se uma temperatura de 230 C e um peso de 2,160Kg e para o PEBD e para as blendas utilizou-se uma temperatura de 190 C e um peso de 10Kg. Utilizou-se o Equipamento de determinação de índice de fluidez - Melt Flow Junior- POLIMATE. O tempo de corte foi de 30 segundos para todas as amostras. Densidade: A medida de densidade foi realizada utilizando a norma ASTM D 1894 em uma balança analítica (sensibilidade de 1mg e capacidade 200g) para ensaio de densidade da marca Import Denver Instrument Company. Dureza: A análise de dureza foi realizada conforme a norma ASTM D 2240, no equipamento Durômetro Shore GSD Teclock Politest. Espectrofotometria no infravermelho: A análise de espectroscopia no infravermelho não apresenta metodologia descrita em norma técnica, assim sendo essas análises são realizadas a partir de informações e procedimentos descritos no manual do equipamento e por dados obtidos a partir de pesquisas realizadas. Sendo utilizado o método de reflectância total atenuada(atr), com a utilização do Espectrofotômetro de Infravermelho Nicolet- Magna

6 Resultados Na tabela 02 são apresentados os resultados do ensaio de tração das amostras de polietileno e polipropileno sem a realização de mistura e sem aditivos. E do ensaio de densidade para as amostras de material pós-uso. TABELA 02 Resultados dos ensaios de tração e densidade das amostras puras. Amostras Densidade Força de Ruptura Módulo de Elasticidade (g/cm³) (N) (MPa) PPrec 0,9 929, ,12 PPvir 739, ,99 PErec 0,92 701,78 271,06 PEvir 643,04 262,14 Na tabela 03 estão os resultados do módulo de elasticidade e da força na ruptura encontrados no ensaio de tração. TABELA 03 - Resultados obtidos do ensaio de tração. Amostras Mód. de Elasticidade (MPa) Força de Ruptura (N) 90PE10PPvir 398,36 646,08 90PE10PPvirA 615,29 555,66 90PE10PPrec 308,82 669,32 90PE10PPrecA 392,77 615,38 50PE50PPvir 532,62 617,84 50PE50PPrec 581,06 654,81 50PE50PPvirA 519,87 591,75 50PE50PPrecA 458,28 600,19 50PE50PPvirB 527,81 578,61 50PE50PPrecB 491,72 593,71 Na Tabela 04 são apresentados os resultados da força de colapso e da deformação de colapso, encontrados para as amostras analisadas pelo ensaio de flexão. TABELA 04 - Resultados obtidos do ensaio de flexão. Amostras Força de Colapso (N) Def. de Colapso (mm) 90PE10PPvir 12,83 22,76 90PE10PPvirA 9,09 23,77 90PE10PPrec 11,42 22,73 90PE10PPrecA 14,72 22,06 50PE50PPvir 22,30 21,71 50PE50PPrec 24,35 21,27 50PE50PpvirA 20,99 20,90 50PE50PprecA 19,25 22,47 50PE50PpvirB 20,47 20,88 50PE50PprecB 18,87 20,89 Os resultados do ensaio de densidade não demonstraram diferença significativa entre as amostras. 3659

7 Os resultados do ensaio de dureza são apresentados na tabela 05. TABELA 05 - Resultados do ensaio de dureza Amostras Dureza (Shore D) 90PE10PPvir 88 90PE10PPvirA 82 90PE10PPrec 86 90PE10PPrecA 87 50PE50PPvir 94 50PE50PPrec 91 50PE50PPvirA 90 50PE50PPrecA 87 50PE50PPvirB 91 50PE50PPrecB 88 A determinação do índice de fluidez foi realizada para as amostras antes e após seu reprocessamento por injeção, para as amostras PE/PP 9:1. Na tabela 06 são apresentados os resultados antes e após a injeção das amostras. TABELA 06: Resultado do índice de fluidez após a extrusão e injeção. Amostras Índice de Fluidez/ antes da extrusão (g/10min) Índice de Fluidez/ após injeção (g/10min) 90PE10PPvir 10,022 5,242 90PE10PPvirA 10,478 5,344 90PE10PPrec 5,413 4,604 90PE10PPrecA 4,599 4,210 Na figuras 01 e 02 são apresentados exemplos dos espectros no infravermelho obtidos para este grupo de amostra. Observou-se que e não foram detectadas alterações consideráveis na constituição das blendas através dos espectros no infravermelho. FIGURA 01 Espectro no Infravermelho da amostra 50PE/50PPR. 3660

8 FIGURA 02 Espectro no Infravermelho da amostra 50PE/50PPRA. Discussão Na tabela 06 pode ser observado que os valores do módulo de elasticidade da mistura PE/PP 90/10 de resina virgem apresenta valores intermediários aos das respectivas resinas virgens, apresentadas na tabela 05, (maior que o do PP e menor que a do PE). A mesma observação pode ser feita para a força de ruptura. Isto se explica pela falta de total compatibilidade entre os dois polímeros utilizados para a confecção das blendas (PP e PE são polímeros imiscíveis). A adição do compatibilizante EPM sobre a mistura PE/PP 90/10 de material virgem tem um efeito positivo sobre as propriedades da blenda. O módulo de elasticidade desta mistura aumentou, o que indica que uma melhoria na compatibilidade e na interação entre as moléculas dos dois polímeros utilizados. A redução da força de ruptura pode indicar de que o EPM está atuando como um auxiliar de fluxo, reduzindo a rigidez da blenda produzida. No caso de blendas produzidas com material reciclado PE/PP 90/10, o módulo de elasticidade é menor que as das blendas feitas com material virgem. Este resultado pode ser atribuído à menor força de interação entre as moléculas das resinas recicladas. A força de ruptura apresentou um valor superior ao obtido com blendas de material virgem, isto pode ser explicado com o aumento de rigidez experimentado pelos polímeros da blenda com conseqüência do reprocessamento das mesmas durante a sua reciclagem. O ensaio de flexão, tabela 04, confirma a variação da mistura do plástico virgem com a adição do EPM. Com relação à dureza, a mistura do plástico virgem com o aditivo apresentou valores menores frente às outras misturas. Na tabela 06 se verifica que os resultados do índice de fluidez foram menores após a injeção das amostras, sugerindo a ocorrência de degradação do material por reticulação, predominante em relação à cisão da cadeia molecular do polímero. 3661

9 Conclusão A incompatibilidade entre os dois polímeros normalmente afeta, entre outros, a força de interação entre os polímeros, o que por sua vez, se reflete diretamente sobre o módulo de elasticidade do material. Segundo Garcia (2000), o módulo de elasticidade é uma medida das forças de interação entre as moléculas do sólido. Quanto maior for esta força, maior o módulo de elasticidade do material. Através dos resultados do índice de fluidez pode-se perceber também que o aditivo não teve influência significativa nestes valores. A submissão das misturas a mais um processo possivelmente tenha causado a degradação do material e conseqüente diminuição do seu índice de fluidez. Agradecimentos: Secretaria de Ciência e Tecnologia do Estado do Rio Grande do Sul e Pólo de Modernização Tecnológica do Vale do Rio Pardo. Referências Bibliográficas 1 WOLTERS, L. et al. Kunststoff-Recycling. Carl Hanser Verlag, München, Wien, EHRIG, R. J., CURRY, M. J. Introduction and History. Plastics Recycling: Products and Processes. New York: Hanser, ACKERMANN, C. Recycling Von Kunststoffen. Erich Schimdt Verlag, BRANDRUP, J.; BITTNER, M.; MICHAELI, W.; MENGES, G. (ed.). Recycling and Recovery of Plastics. Germany: Carl Hanser, MUSTAFA, S. J. S.; NOR AZLAN, M. R.; AHMA FUAD, M. Y., MOHD YSHAK, Z. A.; ISHIAKU, U. S. Polypropylene/Polystyrene Blends Preliminary Studies for Compatibilization by aromatic-grafted polypropylene. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 82, (2001). 6 RABELLO, Marcelo. Aditivação de Polímeros. São Paulo: Editora Artliber, REMÉDIO, M. V. P., ZANIN, M., TEIXEIRA, B. A. N. Caracterização do efluente de lavagem de filmes plásticos pós-consumo e determinação das propriedades reológicas do material reciclado. Polímeros: Ciência e Tecnologia, Out/Dez BERTIN, S.; ROBIN, J.J. Study and characterization of virgin and recycled LDPE/PP blends.. European Polymer Journal, n. 38, p ,

10 9 HALIMATUDAHLIANA, H.; NASIR, M. The effect of varius compatibilizers on mechanical properties of polystyrene/polypropylene blend. Polymer Testing, n. 21, p , FEARON, P. K.; PHEASE, T. L.; BILLINGHAM, N. C.; BIGGER, S. W. A new approach to quantitatively assessing the effects of polymer additives. Polymer, n. 43, p , WANG, Y. ET AL. The morphology and mechanical properties of dynamic packing injection molded PP/PS blends. Polymer, n.44, p , LI, J.; SHANKS, R.; LONG, Y. Miscibility and crystallisation of polypropylenelinear low density polyethylene blends. Polymer, n. 42, p , SOUZA, A. M.; DEMARQUETTE, N.R. Influence of composition on linear viscoelastic behaviour and morpholoogy of PP/HDPE blends. Polymer, n. 43, p , GARCIA, A.; SPIM, J. A.; SANTOS, C. A. Ensaios dos Materiais. Rio de Janeiro: LTC,

11 Abstract The growing use of plastics in several applications becomes preoccupying when it is done the forecast of the final destination of this material when discarded. The recycling of those ones is evidenced as final form of destination, and the possibility of the blends formation starting from these materials becomes interesting for the fact of making possible the combination of the individual properties of each plastic. When miscible, the properties of the blends can flow from the properties of the individual polymers. In agreement with the application, it is possible to get ready different blends, of different compositions, resulting in polymers with different properties. Through physical-chemical and physical-mechanics assays it was verified small differences among the obtained results, considering the different used formulations. It was verified that the two compatibilizers used did not improve the results of the assays significantly (properties of the material). The use of blends of recycled PP/PE can facilitate the accomplishment of the recycling of plastics, because it decreases the necessary work to promote the separation of these two types of plastics, once together they occupy great volume in the landfills. Key-words: blends, residues, polypropylene, polyethylene. 3664